I tamponi di fine corsa (o bump stop) sono un elemento essenziale nella definizione della dinamica del veicolo. Il loro principale scopo è quello di prevenire danni agli elementi elastici e agli ammortizzatori quando raggiungono la fine della propria corsa, ma anche di ridurre la forza di impatto nei confronti della cassa del veicolo. Al tempo stesso, introducono un elemento di disturbo nella dinamica del veicolo, perché quando intervengono incrementano in modo repentino la rigidezza della sospensione, portando a un brusco movimento della cassa e della ruota, con una possibile perdita di stabilità dell’auto.
Quando per esempio la vettura affronta una sconnessione brusca, la sospensione viene compressa notevolmente e può arrivare a far lavorare il tampone, che di conseguenza, per evitare danni peggiori, aumenta notevolmente il valore di rigidezza per fermare l’escursione. Ma anche una manovra improvvisa, come un colpo di sterzo per un cambio di corsia, può portare a raggiungere i tamponi e causare non pochi problemi di stabilità. Questo comportamento non è gradito specialmente in curva, perché comporta una brusca variazione dell’angolo di assetto.
Se l’intervento del tampone è inevitabile, è sempre preferibile che intervenga il tampone anteriore, in modo da aumentare il sottosterzo. Diversamente, se interviene il tampone posteriore, la vettura tende a sovrasterzare, con problematiche decisamente peggiori in termini di sicurezza alla guida e di instabilità dinamica del mezzo. Se si torna indietro di qualche decennio, quando la sospensione andava sui tamponi la cassa del veicolo subiva un durissimo colpo, che si ripercuoteva ovviamente sul comfort del guidatore.
Oggi, grazie all’ottimizzazione delle forme e dei materiali di cui sono composti i tamponi di fine corsa, anche quando si arriva al massimo dell’escursione verticale della ruota, il comfort è accettabile. C’è poi chi va oltre, come Citroën, da sempre all’avanguardia quando si parla di comfort di marcia, che ha sviluppato le nuove sospensioni Progressive Hydraulic Cushions®, che prevedono un sistema idraulico progressivo, al posto dei classici tamponi meccanici.
Se utilizzati sapientemente dai progettisti, oltre che uno strumento di protezione che evita danni strutturali, i tamponi di fine corsa possono essere un valido aiuto nella caratterizzazione dei parametri principali della sospensione, specialmente la rigidezza delle molle. Sulle vetture stradali, i tamponi hanno soprattutto la funzione di assorbire e smorzare i colpi più duri quando si affronta un terreno dissestato oppure un dosso particolarmente ripido. Ma per il 90% del tempo, le sospensioni subiscono deformazioni molto più basse, entro i 10-15mm, causate dalle microasperità dell’asfalto e dai movimenti lenti come il rollio e il beccheggio.
Si può quindi pensare di avere molle più morbide, a vantaggio del comfort di marcia, e di irrigidire l’ultima parte della loro escursione, sia utilizzando molle a rigidezza variabile, sia facendo lavorare i tamponi di fine corsa. Anche nelle competizioni i tamponi possono venire in aiuto: un esempio è quando c’è tanto carico aerodinamico alle alte velocità, l’ingegnere di pista può anche accettare di far viaggiare la vettura “sui tamponi” quando si affronta un lungo rettilineo con un alto downforce, che schiaccia la vettura verso il suolo.
I tamponi classici sono realizzati in poliuretano elastico espanso a cellula chiusa, materiale in cui sono intrappolate migliaia di minuscole bolle d’aria, che sotto il carico si comprimono progressivamente resistendo anche a carichi molto elevati. Quando il carico esaurisce, i tamponi poliuretanici sono in grado di restituire quasi tutta l’energia accumulata. Un’altra caratteristica è quella di avere un’espansione laterale molto bassa e quindi permettono la loro applicazione in spazi molto ridotti, come la base dello stelo degli ammortizzatori.
Sul mercato esiste una vasta scelta di tamponi di fine corsa poliuretanici, di diverse forme e diametri, più o meno progressivi, con lunghezze da 2 a 15 cm. Migliore è la scelta del materiale e della sua rigidezza, maggiore sarà il comfort e la silenziosità offerta. Se non sono sottoposti a sbalzi termici eccessivi e non entrano in contatto con sostanze aggressive come l’olio, possono mantenere invariate le proprie doti di elasticità per oltre 20 anni.
Un’altra soluzione per aumentare repentinamente la rigidezza nell’ultimo tratto di escursione della sospensione è l’utilizzo di una contromolla, o molla di contrasto, che entra in funzione solo quando si è vicini al fine corsa. La contromolla può essere posizionata all’esterno, per esempio dentro alla molla principale, oppure anche all’interno del cilindro dell’ammortizzatore. Il fine corsa non è pericoloso solo in compressione, ma lo è anche in massima estensione.
In questo caso il limite è dettato dalla corsa dell’ammortizzatore, perché le molle elicoidali possono estendersi molto senza arrivare al limite di snervamento. Un altro pericolo è quando il precarico non è stato opportunamente calibrato: se la ruota subisce un’escursione molto accentuata (per esempio in seguito a un avvallamento), la molla tende ad allontanarsi dalla propria sede, sbattendo poi in modo repentino sul proprio supporto, nel momento in cui torna il carico verticale.
Una misura per evitare ciò, è l’installazione di una molla di richiamo (helper spring) che serve a mantenere nella propria sede la molla, anche quando non è sotto carico. La molla di richiamo ha bassissima rigidità e lavora in trazione. I tamponi di fine corsa idraulici sono nati in ambito racing, nei rally e nelle competizioni offroad, dove sono richieste elevate escursioni alle ruote.
Funzionamento degli Smorzatori Idraulici Progressivi
Entrano in funzione nell’ultima fase di escursione della sospensione, costringendo l’olio a passare attraverso piccolissimi passaggi, che provocano elevate perdite di carico a causa dell’attrito viscoso dell’olio. Lo smorzamento complessivo dell’ammortizzatore viene quindi aumentato considerevolmente, a seconda della velocità dell’escursione verticale, nell’ultimo tratto di lavoro. Gli smorzatori idraulici possono essere applicati sia in compressione che in estensione e sono anche dotati di molle di contrasto all’interno del cilindro dell’ammortizzatore.
Infatti, il restringimento idraulico frena soltanto l’escursione in base alla velocità, mentre per fermarla è necessario un elemento elastico, come appunto le molle. Il vantaggio principale dei fine corsa idraulici di compressione o estensione è quello di rallentare i movimenti in modo fluido, evitando bruschi arresti. Inoltre, rispetto ai classici fine corsa meccanici, che restituiscono quasi tutta l’energia di deformazione, i fine corsa idraulici dissipano tale energia in calore, eliminando lo spiacevole fenomeno del rimbalzo.
A discapito di una maggiore complicazione realizzativa e di un maggior peso, migliorano quindi notevolmente il comfort della sospensione, quando questa è chiamata ad elevate escursioni. Il Marchio Citroën è conosciuto per la competenza tecnologica in tema di collegamento al suolo: da 98 anni il confort delle sospensioni fa parte ormai del DNA del Marchio. Negli anni i clienti hanno apprezzato il confort Citroën, che non somiglia a nessun altro sul mercato.
Le sospensioni attive stanno diventando una realtà nelle vetture passeggeri e le soluzioni semi-attive stanno conquistando nuovi segmenti. Grazie a un’azione congiunta fra KYB e PSA, è stato sviluppato un concetto di sospensione basato su ammortizzatori passivi, in grado di unire alte prestazioni e costi competitive; questo sistema è stato applicato alla Citroën C5 Aircross.
Il Principio di Funzionamento
Nella fase di sviluppo di questa sospensione sono stati depositati 20 brevetti. Il principio di funzionamento è semplice. Se le compressioni e le estensioni sono leggere, molla e ammortizzatore controllano insieme i movimenti verticali, senza bisogno di sollecitare gli smorzatori idraulici. In presenza di compressioni ed estensioni importanti invece, molla e ammortizzatore lavorano insieme agli smorzatori idraulici di compressione o estensione, per rallentare il movimento in modo progressivo, evitando i bruschi arresti a fine corsa.
Il segreto di questo concetto rivoluzionario è un sistema di doppi fermi idraulici. La corsa complessiva dell’ammortizzatore può essere divisa in tre parti differenziate per le quali l’ammortizzatore fornirà caratteristiche diverse. La prima parte corrisponde alla posizione intorno al centro della corsa. In quest’area di lavoro la forza smorzante è fornita dal convenzionale sistema di valvole nel pistone e dalla valvola di base.
Questa suddivisione permette alle valvole principali dell’ammortizzatore di focalizzarsi sul comfort e affida ai fermi idraulici la responsabilità di gestire situazioni più esigenti quando si presentano. Perché questo avvenga in modo efficiente, il fermo di rimbalzo e quello di compressione devono entrambi essere in grado di fornire un sufficiente assorbimento dell’energia e avere una risposta molto flessibile.
Sfide nello Sviluppo del Sistema a Doppi Fermi Idraulici
Le sfide affrontate da KYB durante lo sviluppo di questo sistema a doppi fermi idraulici sono state enormi. Un punto importante è stato mantenere indipendente la principale modalità smorzante dell’ammortizzatore rispetto ai componenti che fanno parte dei fermi idraulici. Questo obiettivo è stato raggiunto con calcoli idraulici e tramite analisi agli elementi finiti (FEA) verificati poi da prove su strada.
Un altro requisito essenziale era la progettazione delle diverse component con una robustezza sufficiente a far fronte alle elevate richieste del veicolo anche nelle condizioni peggiori. Per raggiungere questo obiettivo, KYB ha valutato diverse opzioni in termini di materiali e diverse geometrie prima di raggiungere la soluzione ottimale.
Funzionamento Specifico dei Fermi di Rimbalzo e Compressione
Il principio di funzionamento del fermo di rimbalzo si basa su un segmento in plastica rinforzata piazzato nel tubo interno dell’ammortizzatore attraverso una deformazione che definisce l’area di lavoro del fermo idraulico di rimbalzo stesso. Quando la guarnizione di rimbalzo entra in contatto con il segmento, si crea una nuova camera ad olio, il che vuol dire che l’olio è in grado di uscire da questa camera solo attraverso l’apertura del segmento.
Questo flusso controllato genera una forza idraulica che può essere modificata regolando l’apertura del segmento. Per il fermo di compressione idraulica si usa un principio simile. Una nuova camera ad olio si crea tramite l’interazione di un componente polimerico posizionato nel pistone dell’ammortizzatore e di un tubo metallico fissato a pressione nell’assemblaggio della valvola di base.
La parte in polimero è costruita con alcune aperture per il passaggio dell’olio, il che permette di regolare la potenza fornita dal sistema. Per ottenere la potenza massima desiderata, una valvola addizionale pre-compressa è inserita nel sub-assemblaggio della valvola di base. KYB è stata in grado di fornire un sistema che unisce la robustezza a un’ampia gamma di regolazioni, il che fornisce al veicolo uno smorzamento leggero quando è richiesto comfort e con una manovrabilità eccellente quando è necessario il controllo.
È importante sottolineare che queste caratteristiche sono ottenute con un sistema passivo, che assicura un’imbattibile tempo di risposta e costi competitivi. Gli ammortizzatori Titus rallentano il movimento lineare o rotatorio prima di raggiungere una posizione di riposo. Convertendo l'energia cinetica in energia termica, gli ammortizzatori idraulici riducono gli urti e riducono le ampiezze di oscillazione.
In un ammortizzatore lineare, l'energia cinetica dell'oggetto in movimento viene trasferita attraverso l'asta di acciaio alla valvola nel cilindro di ammortizzamento. Il fluido idraulico viene spinto attraverso la valvola e il calore viene generato. L'elevato coefficiente dell'ammortizzatore Titus assicura un ammortamento efficiente a qualsiasi velocità di chiusura, anche molto lente. Possiamo facilmente adattare la forza di ammortizzamento alle vostre esigenze.
Vantaggi degli Ammortizzatori Idraulici
- Garantiscono prestazioni costanti e affidabili a qualsiasi velocità.
- La loro curva di smorzamento ben controllata ottimizza la forza esercitata per un'azione di ammortizzamento costante, progressiva o inversa.
- Essa controlla anche le forze di smorzamento per minimizzare l'effetto di rimbalzo.
- Grazie alla loro valvola interna, gli ammortizzatori idraulici sono meno sensibili alla temperatura rispetto agli ammortizzatori a frizione.
- Hanno un'aspettativa di vita più lunga rispetto a un pistone a gas.
- Il nostro ammortizzatore crea un ammortizzamento affidabile a qualsiasi velocità di chiusura.
Garantiamo la massima qualità dei nostri ammortizzatori. Li produciamo con alta precisione e con le nostre attrezzature di assemblaggio a garanzia della qualità. La tecnologia di assemblaggio automatizzata riduce al minimo le variazioni nelle prestazioni. Garantiamo la qualità su grandi volumi di produzione con controlli di qualità integrati al 100%.
La tecnologia multiuso ed il design modulare del nostro ammortizzatore idraulico lo rendono personalizzabile per una varietà di applicazioni. KYB è uno dei maggiori produttori mondiali di ammortizzatori di primo impianto per l’industria automobilistica, con un’auto su cinque fra quelle che escono dalle fabbriche di tutto il mondo che monta ammortizzatori KYB come standard.
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